JP2018117341A - 移動体およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】仮想的音源を生成する仮想音源生成部200と、仮想音源生成部200が生成した音像を放音するための左右一対のスピーカ201a、201bと、この左右一対のスピーカ201a、201bから放音される音像の聴取可能エリアの存在位置を対象者に合わせて調整制御する制御部150と、を備えた移動体1である。制御部150により、音像の聴取可能エリアの存在位置が対象者に合わせて調整制御されるので、対象者が音像を効果的に聴取できる等の効果が得られる。
【選択図】図1
Description
仮想音源生成部が生成した音像を放音するための左右一対のスピーカと、
左右一対のスピーカから放音される音像の聴取可能エリアの存在位置を、対象者に合わせて調整制御する制御部と、を備えている。
再生部が再生した音像を放音するための左右一対のスピーカと、
左右一対のスピーカから放音される再生音の聴取可能エリアの存在位置を、対象者に合わせて調整制御する制御部と、を備える。
(移動体1)
図1(a)は、移動体1の正面図、図2(b)は、移動体1の斜視外観図である。移動体1は、移動部3と、胴体部4と、回動機構4と、頭部2とを有する。移動部3は、平面視が正方形の板状部材であり、この板状部材の前後左右にオムニホイール111a、1111b、111dを回動自在に備えている。胴体部4は、円柱状の外観を呈しており、回動機構4(回動部)を介して頭部2と接続されていて、移動部3に載置固定されている。回動機構4は、公知の回動手段で実現可能である。頭部2は、胴体部4よりも小さな径の円柱状外観を呈している。頭部2は、移動部3に固定された胴体部4の上面に設けた回動機構4によって、回動自在に固定されている(図1(b)符号R参照)。
図10は移動部3の模式的平面図である。基台50は、平面視正方形の板状部材であり、その下部の前後左右の4方向には、モータ112a、モータ112b、モータ112c、モータ112dが固定されている。モータ112a、モータ112b、モータ112c、および、モータ112dのそれぞれの回転軸には、オムニホイール111a、オムニホイール111b、オムニホイール111c、オムニホイール111dが回動自在に設けられている。
図2は電子回路100の構成図である。図2に示すように、電子回路100は、画像処理部120と、測距部130と、仮想音源生成部200と、赤外線装置400と、駆動制御部140と、音声合成部300と、制御部150とを有している。
図6は画像処理部120の構成図である。画像処理部120には、移動体1の前方の所定エリアを撮像するCCDカメラ125が接続され、CCDカメラ125から出力される撮像信号を用いた画像処理を実行する。
測距部130は、電磁波・超音波等の波動を前方に出力したり、エコー信号を受信したりするためのTR部132と、TR部132が受信したエコー信号をアナログデジタル変換するA/D変換部132とを備え、前方の聴取者、非聴取者、固定物等との距離を測定する。測距部130は、前方へ超音波、ミリ波等の波動を出力する。その際、TR部102(Transmit and Receive)から、移動体1の前方に対して波動を出力する。
上述した送信処理部134はパルス状波動を出力するが、例えば、TOF方式(Time Of Flight)により、画素毎の距離情報を求める構成とすることもできる。発光素子からの光(照射光)を前方空間に出力し、対象物(人を含む)からの反射光を光学系によって、CCD等の撮像素子上に結像させると、画素毎の位相差、換言すれば、画素毎の距離情報が分かるので、対象物を三次元的に把握することが可能である。この構成によれば、LEDからの光をパルス状に照射して対象のドップラーシフト量を検出し、対象の動きを推定することもできる(例えばTDK Techno Magazine第159回等の公知文献参照)。
図7は、赤外線装置400の構成図である。IR(Infrared Ray)は「赤外線」を意味する。赤外線装置400は、赤外線光学系410と、IRフィルタ420と、IRセンサ430とを有する。赤外線光学系410は、赤外線透過可能な凹レンズ、赤外線透過可能な凸レンズ等の赤外線光学デバイスを組み合わせて構成され、移動体1の前方の所定エリアから到来する赤外線をIRセンサ430上に結像させるための光学系である。
仮想音源生成部200は、立体的な音像を生成定位する。その出力段には、D/A変換部202と、左右1対のスピーカ201a、201bとが接続されている。図2に示すように、仮想音源生成部200で生成定位された音像情報は、D/A変換部202によってデジタルアナログ変換され、変換後のアナログ音声信号が左右のスピーカ201a、201bから出力される。
音声合成部300は、制御部150からの制御情報を受けて、指示される音声を出力する。図2に示すように、音声合成部300からの出力は、D/A変換部310によってデジタルアナログ変換されて、スピーカ201a、201bから出力される。音声合成されるのは、例えば、所要のメッセージ、頭部2の回動、移動部3の移動等に応じて流れるBGM等である。
駆動制御部140は、5つのステッピング型のモータ112a、112b、112c、112d、114を駆動制御する。この内、モータ114は、頭部2の回動動作を行うためのものである。図11を参照して、移動部3の前進後退、左右方向進行、旋回動作について説明する。図11は、移動部3の模式的説明図であり、図11に示すように「前後左右」を設定する。
駆動制御部140は、モータ114を駆動することにより、頭部2を移動体1の「中心軸」を中心として回動させる(図2、図1参照)。駆動制御部140が、モータ114を正転制御すると、頭部2は中心軸を中心とし、上部から見て「時計回り」に回転する。一方、駆動制御部140が、モータ114を反転制御すると、頭部2は中心軸を中心とし、上部から見て「反時計回り」に回転可能に構成されている。かくして、駆動制御部140がモータ114に送る制御指令によって、頭部2の回転方向と回転量とを制御することが可能になる。
図2に示す制御部150は、画像処理部120、測距部130、駆動制御部140、仮想音源生成部200、赤外線装置400、および、音声合成部300の動作を総合的に制御する。また、制御部150は、判定部160を備えており、判定部160は、測距部130、画像処理部120および赤外線装置400からのデータに基づいて、スイートスポット内に聴取者が位置するか否か等を判定する機能を有する。
(顔検出処理)
画像処理部120は、例えば以下のような「顔検出処理」を実行する。画像処理用エンジン126は、「(1)CCDカメラ125での画像を取り込み」、「(2)取り込み画像の中から顔らしい領域を切り出し」、「(3)切り出した領域に対してテンプレート照合を行い」、「(4)テンプレート照合の結果を判定して人検出を行う」。顔のみでなく耳、目等の顔部品用のテンプレートを照合対象として用意しておけば、顔検出の精度が向上する。かくして、人等を特定することができる。
また、上述した測距部130による距離測定の他に、画素毎に距離を測定することも可能である。例えば、「(1)送信処理部134から赤外線を放射する」、「(2)物体(人を含む)で反射した赤外線を受信処理部138で受信する」、「(3)受信データの位相遅れから到達時間を求める」、「(4)到達時間から距離を求め距離画像イメージを取得する」、「(5)距離画像イメージの中で、顔検出処理で検出された顔に対応する画素の距離を取得する」、「(6)顔検出処理で検出された顔の画素からカメラに対応する顔の方向を求める」、等が挙げられる。
(動作例1)
図12は基本動作の説明図である。まず、図12(a)を参照して「動作例1」について説明する。ステップS1200で、制御部150は、画像処理部120を起動する。画像処理部120は、先に説明したような顔検出処理によって人(対象者)の検出をトライする。対象者が検出された場合、次に、ステップS1205において、制御部150は、音声合成部300を駆動して、対象者に対して移動体1に近づくことを促すメッセージを出力させる。この際、ディスプレイ500に当該メッセージを表示させる。
次に、図12(b)の動作について「動作例2」について説明する。ステップS1250で、制御部150は、画像処理部120を起動する。画像処理部120は、人(対象者)の検出をトライする。対象者が検出された場合、次に、ステップS1255において、制御部150は、測距部130を起動する。測距部130は、対象者までの距離を測定する。
次に、図12(c)の「動作例3」について説明する。動作例3は、仮想音源生成部200を常時起動する。そして、音像再生中において、その再生された音像のスイートスポット内に聴取者が位置する場合、当該聴取者が若干移動することを想定した動作例である。まず、ステップ1280において、制御部150は、画像処理部120を駆動する。画像処理部120は、人(対象者)の検出をトライする。顔検出に成功した場合、ステップ1285において、対象者に対して追従する追従制御を行う。
図15は仮想音源生成部203の構成例である。仮想音源生成部203は、仮想音源生成部200をより具体的に構成したものである。仮想音源生成部203のクロストークキャンセル処理部230は、図9に示したものと同一構成である。仮想音源生成部203は、主として「(1)ドップラー信号処理部280が、再生部が再生した音声信号に対してドップラー効果を付加し、減衰処理部290が、距離に応じた減衰処理を施し」、「(2)畳み込み演算部221が、位置座標に応じた頭部伝達関数を畳み込み」、「(3)クロストークキャンセル処理部230が、「スピーカ位置−聴取者」間の伝達関数に基づいてクロストークを除去する」という処理を実行する。
ドップラー効果は、仮想音源と聴取者との距離が変化する場合(換言すれば、両者間に相対速度変化がある場合)に生じる。ドップラー周波数「f」は、相対速度を「Vr」とすると、「f=f0・V/(V+Vr)」と表現できる。但し、「V」は音速度、「f0」は音声データの音の周波数である。「Vr」は両者が近づく場合には、「負」の値となる一方、両者が遠ざかる場合には、「正」の値になる。ドップラー信号処理部290は、仮想音源と対象者との相対速度に応じて、再生部215による再生音の周波数に対して、ドップラー周波数に対応するピッチシフトを施す。これにより、仮想音源が聴取者に対して速度を有して移動するように聞こえてリアル感が向上する。
減衰処理部290は、仮想音源と聴取者との距離に基づいて「距離減衰係数」を算出する。例えば、点音源の場合には、「A」を減衰量として、「A=20×log10・(r/r0)」で距離減衰係数が求められる。図16に示すように、「r」は、音像定位位置から聴取者Hまでの距離であり、また、「r0」は、減衰量を0(db)とする基準距離である。減衰処理部290は、求めた距離減衰係数を、ドップラー信号処理部280からの出力信号に対して乗じる。
畳み込み演算部295は、減衰処理部290の出力信号に対して、予め設定されている「頭部伝達関数」を読み出して畳み込み演算を行う。「頭部伝達関数(HRTF)」は、仮想音源と聴取者の両耳間の伝達関数である。左耳用頭部伝達関数は296、左チャンネル信号に対する畳み込み演算用であり、また、右耳用頭部伝達関数297は、右チャンネル信号に対する畳み込み演算用である。両頭部伝達関数296、297は、音像定位位置が変化すると変わる。図16に示すように「θ」を設定すれば、例えば「0度」から「359度」まで「1度」おきに、両頭部伝達関数296、297を予め設定しておき、所要のものを読み出し畳み込み演算を行うように構成すればよい。
頭部2の正面視または平面視の左右にスピーカ201a、201bを設けた移動体1の正面方向に聴取者Hが存在する場合、演出等で頭部2を回動させると、スイートスポット(音像聴取可能エリア)が聴取者Hから外れるため、音響効果が低下する。頭部2が回動した場合、本来であれば、スピーカ201a、201bの位置と、聴取者Hの位置とに基づいて、スピーカ−聴取者H間の空間的な伝達関数に応じたクロストークキャンセル処理部230の構成を採用しなければならないが、新たな構成を採用するのは面倒である。
図17は、本実施形態の原理の模式的説明図である。図17の下側には、聴取者Hが移動体1の正面方向を見て存在する。また、図17の上側には、移動体1の頭部2のみを平面視した様子を示しており、頭部2の左右には、スピーカ201a、201bが設けられている。移動体1の正面方向は、聴取者Hの正面方向を向いて、聴取者Hと対峙している。なお、図17において、便宜上、スピーカ201a、201bを黒丸で図示している。
仮想音源生成部204は、立体的な音像を生成定位する機能を有する。その出力段には、D/A変換部202と、左右1対のスピーカ201a、201bとが接続される。
図22は、仮想音源生成部204の構成図である。仮想音源生成部204は、入力音響信号に基づいて、所望の方向に音源を定位して2チャンネルの右スピーカ用信号(X2)と左スピーカ用信号(X1)とを生成する音像定位部220と、クロストークをキャンセルするクロストークキャンセル処理部230と、補正部250と、左右のスピーカ201a、201bとを有して構成される。
図23は、補正部250の具体的な構成図である。図23は、クロストークキャンセル処理部230部から出力される右スピーカ用信号または左スピーカ用信号に対する補正部250の構成例である。頭部2が音を発しながら回転する場合、その回転角度θに応じて、遅延時間も連続的変化させなければ、遅延サンプルが変化する時点で不連続ノイズが発生する。遅延処理をデジタル処理で実行する場合、遅延時間は離散して不連続になるので、遅延部に補間処理を加える必要がある。
2 頭部
3 移動体
4 頭部
5 回動機構
100 電子回路
111a、111b、111c、111d オムニホイール
112a、112b、112c、112d モータ
114 モータ
120 画像処理部
126 画像処理用エンジン
125 CCDカメラ
130 測距部
132 A/D変換部
140 駆動制御部
150 制御部
160 判定部
200 仮想音源生成部
201a、201b スピーカ
202 D/A変換部
203 仮想音源生成部
204 仮想音源生成部
250 補正部
252 遅延部
254 遅延部
256 ゲイン部
258 ゲイン部
280 ドップラー信号処理部
290 減衰処理部
300 音声合成部
Claims (16)
- 仮想的音源を生成する仮想音源生成部と、
前記仮想音源生成部が生成した音像を放音するための左右一対のスピーカと、
前記左右一対のスピーカから放音される音像の聴取可能エリアの存在位置を、対象者に合わせて調整制御する制御部と、を備えた移動体。 - 請求項1に記載された移動体であって、
前記制御部は、
前記左右一対のスピーカを固定して回動可能な回動部と、
前記回動部の回動動作を制御する回動駆動制御部と、を含んで成ることを特徴とする移動体。 - 請求項1および2の内のいずれか一項に記載の移動体であって、
前記制御部は、
前記回動部と前記回動駆動制御部とを搭載した移動部と、
前記移動部の移動動作を制御する移動駆動制御部と、を更に含んで成ることを特徴とする移動体。 - 請求項1、2および3の内のいずれか一項に記載の移動体であって、
前記聴取可能エリア内に聴取者が位置するか否かを判定する判定部を更に備え、
前記制御部は更に、
前記判定部の判定結果に基づいて、前記聴取可能エリアの存在位置を調整制御することを特徴とする移動体。 - 請求項4に記載の移動体であって、
前記判定部によって前記聴取可能エリア内に人が位置しないと判定された場合、当該移動体に最も近距離の人を特定する特定部を更に備えたことを特徴とする移動体。 - 請求項5に記載の移動体であって、
前記制御部は更に、
前記特定部が特定した人が前記聴取可能エリア内に位置するように、前記聴取可能エリアの存在位置を調整制御することを特徴とする移動体。 - 請求項5および6の内のいずれか一項に記載の移動体であって、
前記制御部は更に、
前記特定部によって一度特定された聴取者の動きに追従させるように、前記聴取可能エリアの存在位置を調整制御することを特徴とする移動体。 - 請求項1、2、3、4、5、6および7の内のいずれか一項に記載の移動体であって、
前記制御部は、
左右のスピーカの固定位置を結ぶ直線の中点を通り、当該直線と直交する方向に人が位置するように、前記聴取可能エリアの存在位置を調整制御することを特徴とする移動体。 - 請求項3、4、5、6、7および8の内のいずれか一項に記載の移動体であって、
前記移動部は、
少なくとも前記仮想音源生成部と前記判定部とが搭載された基台と、
基台の前後左右に設けられ、自身の外周方向とこれに直交する方向とに回動自在な車輪と、を備え、
前記移動駆動制御部が、前記車輪を駆動制御することを特徴とする移動体。 - 請求項1、2、3、4、5、6、7、8および9の内のいずれか一項に記載の移動体であって、
前記仮想音源生成部は、
メモリに格納されている音声データを読み出し再生する再生部と、
前記再生部により再生された仮想音像と前記聴取者との相対速度に応じた周波数変化を施すドップラー信号処理部と、
前記ドップラー信号処理部による信号処理結果と予め設定されている頭部伝達関数を読み出して畳み込み演算を行う畳み込み演算部と、を含んで成ることを特徴とする移動体。 - 仮想的な音源処理を実行済みの音声データを再生する再生部と、
前記再生部が再生した音像を放音するための左右一対のスピーカと、
前記左右一対のスピーカから放音される再生音の聴取可能エリアの存在位置を、対象者に合わせて調整制御する制御部と、を備えた移動体。 - 請求項2、3、4、5、6、7、8、9、10および11の内のいずれか一項に記載の移動体であって、
前記左右一対のスピーカの前段側に遅延部をさらに備え、
前記制御部は更に、
前記左右一対のスピーカを固定して回動可能な回動部の回動量に応じた遅延量を与えるように、前記遅延部を制御することを特徴とする移動体。 - 請求項12に記載の移動体であって、
前記遅延部からの信号に対してゲインを与えるゲイン部をさらに備え、
前記制御部は更に、
前記回動部の回動量に応じたゲインを与えるように、前記ゲイン部を制御することを特徴とする移動体。 - 仮想的音源を生成する仮想音源生成機能と、
左右一対のスピーカから前記仮想音源生成機能が生成した音像を放音させる機能と、
前記左右一対のスピーカから放音される音像の聴取可能エリアの存在位置を、対象者に合わせて調整制御する制御機能と、
を実現するためのコンピュータ実行可能なプログラム。 - 仮想的な音源処理を実行済みの音声データを再生する再生機能と、
左右一対のスピーカから再生部が再生した音像を放音させる放音機能と、
前記左右一対のスピーカから放音される再生音の聴取可能エリアの存在位置を、対象者に合わせて調整制御する制御機能と、
を実現するためのコンピュータ実行可能なプログラム。 - 請求項14または15に記載のプログラムであって、
前記仮想音源生成機能が生成した音像信号、または、前記再生機能が再生した音像信号に対して、遅延を与える遅延機能をさらに備え、
前記制御機能は更に、
左右一対のスピーカを固定して回動可能な回動部の回動量に応じた遅延量を与えるように、前記遅延機能を制御することを特徴とするコンピュータ実行可能なプログラム。
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